E/E架構(gòu)研究：先進(jìn)E/E架構(gòu)成為降本利器，帶來(lái)供應(yīng)鏈深度重構(gòu)

佐思汽研發(fā)布《2024年智能汽車E/E架構(gòu)及對(duì)供應(yīng)鏈影響研究報(bào)告》。

中央/準(zhǔn)中央+區(qū)域架構(gòu)已成為OEM主機(jī)廠降本利器

在本報(bào)告中，佐思汽研將OEM車企E/E架構(gòu)分為五個(gè)類型：

• 分布式ECU域集中架構(gòu)：多域架構(gòu)，架構(gòu)開始下放到燃油車、A級(jí)及以下純電乘用車；域融合架構(gòu)：多搭載整車中央域控，能夠支持跨域通信，比如艙駕融合、智駕與底盤融合、座艙車身網(wǎng)關(guān)融合、攝像頭共享等；準(zhǔn)中央計(jì)算+區(qū)域架構(gòu)：采用區(qū)域控制器（智能配電、區(qū)域服務(wù)化），仍有多個(gè)計(jì)算中心，采用多盒多芯；

中央計(jì)算+區(qū)域架構(gòu)：整車級(jí)OS，采用區(qū)域控制器（智能配電、區(qū)域服務(wù)化），可以支持一個(gè)計(jì)算中心，單盒多芯或單盒單芯，實(shí)現(xiàn)座艙、智駕、車控等多域合一。

據(jù)佐思汽研統(tǒng)計(jì)，2024年上半年，域融合架構(gòu)乘用車銷量77.9萬(wàn)輛，占比7.9%；準(zhǔn)中央+區(qū)域架構(gòu)乘用車銷量33.6萬(wàn)輛，占比3.4%；中央+區(qū)域架構(gòu)乘用車銷量6.7萬(wàn)輛，占比0.7%。

由于區(qū)域架構(gòu)帶來(lái)的巨大成本優(yōu)勢(shì)，以及整車空間設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，預(yù)計(jì)到2027年，“準(zhǔn)中央+區(qū)域”架構(gòu)滲透率將達(dá)到16.3%，中央+區(qū)域架構(gòu)滲透率將達(dá)到14.3%。

2023-2027年E/E架構(gòu)演進(jìn)趨勢(shì)預(yù)測(cè)

來(lái)源：佐思汽研《2024年智能汽車E/E架構(gòu)及對(duì)供應(yīng)鏈影響研究報(bào)告》

以吉利汽車為例來(lái)看，其2024H1電氣化率達(dá)到34.2%，域集中架構(gòu)滲透率達(dá)到25.4%。

吉利汽車E/E架構(gòu)部署進(jìn)展（列舉部分車型）

來(lái)源：佐思汽研《2024年智能汽車E/E架構(gòu)及對(duì)供應(yīng)鏈影響研究報(bào)告》

2024年8月，吉利銀河E5 首發(fā)量產(chǎn)搭載了 GEEA 3.0電子電氣架構(gòu)：

• 在車身域中劃分主駕側(cè)區(qū)域控制器主控制器ZCUDM和副駕側(cè)區(qū)域控制器ZCUP基于安卓深度定制的Flyme Auto車機(jī)系統(tǒng)基于芯擎科技“龍鷹一號(hào)”開發(fā)的單芯片“艙泊一體”解決方案

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“十一合一”： VCU （整車控制器） 、MCU （電機(jī)控制單元） 、HBMS（高壓電池管理系統(tǒng)）、LBMS （低壓電池管理系統(tǒng)） 、OBC （車載充電機(jī)）、DCDC （電源轉(zhuǎn)換器）、PDU （高壓配電系統(tǒng)） 、Motor（驅(qū)動(dòng)電機(jī)）、Reducer（減速器）、GWRC（驅(qū)動(dòng)防滑控制技術(shù)）和TMS（熱管理系統(tǒng)）

得益于準(zhǔn)中央+區(qū)控架構(gòu)帶來(lái)的整車線束布置、減重、降本等優(yōu)勢(shì)，銀河E5將 “67.2%超大得房率” 作為同級(jí)別純電A級(jí)SUV的主推賣點(diǎn)之一，同時(shí)將補(bǔ)貼后的限時(shí)優(yōu)惠價(jià)打到10.98萬(wàn)-14.58萬(wàn)價(jià)格區(qū)間，預(yù)計(jì)將對(duì)A級(jí)純電SUV市場(chǎng)帶來(lái)巨大影響。

吉利下一步將推動(dòng)更多車型搭載GEEA 3.0電子電氣架構(gòu)，同時(shí)進(jìn)一步推動(dòng)整車級(jí)OS上車，形成真正的中央計(jì)算+區(qū)域架構(gòu)平臺(tái)。

此外，搭載了中央+區(qū)域架構(gòu)的的零跑汽車也迎來(lái)銷量大漲，零跑目前在售的主力車型C16、C10、C11、C01已全部搭載了最新的LEAP3.0“四葉草” 中央+區(qū)域架構(gòu)，2024年8月零跑汽車銷量達(dá)到30305臺(tái)，同比增長(zhǎng)超113%。

基于LEAP3.0“四葉草” 中央+區(qū)域架構(gòu)， 實(shí)現(xiàn)四域合一，ECU 大量減少，相比LEAP2.0域集中式架構(gòu)，汽車控制器從 42 個(gè)減少至 28 個(gè)，整車線束也被縮短到了低于1.5 km 的長(zhǎng)度內(nèi)，重量減輕到 23 kg，在降本、增加空間布置的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了功能配置提升，價(jià)格相較于舊款還有所降低。

零跑汽車“四葉草” 中央+區(qū)域架構(gòu)

可以看到，無(wú)論是零跑C系列、吉利銀河E5、智己L6，還是即將交付的嵐圖知音等，中央/準(zhǔn)中央+區(qū)域架構(gòu)已成為各大主機(jī)廠的降本利器。

E/E架構(gòu)革新方向：除SoC計(jì)算芯片外，眾多零散ECU集成設(shè)計(jì)，引入中央跨域SoC (MCU)，加快供應(yīng)鏈整合，實(shí)現(xiàn)降本

傳統(tǒng)的分布式架構(gòu)中每輛汽車上的ECU可高達(dá)100多個(gè)，功能域架構(gòu)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了部分ECU整合，在最終中央計(jì)算+Zonal架構(gòu)下，區(qū)域控制器ZCU和中央計(jì)算平臺(tái)HPC將整合整車大部分ECU。

ECU在汽車上的分布

來(lái)源：瑞薩電子

ZCU（區(qū)域控制器）的硬件設(shè)計(jì)理念，就是主控制器MCU把小控制器ECU統(tǒng)統(tǒng)吃掉，融合成一個(gè)超大控制器，實(shí)現(xiàn)由一塊PCBA對(duì)不同區(qū)域功能的控制。因此，在Zonal架構(gòu)下，ECU的數(shù)量大幅減少，減少的ECU部分并入?yún)^(qū)域控制器ZCU中，有些則會(huì)把控制功能上傳至中央處理單元HPC來(lái)實(shí)現(xiàn)，而自身則轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)智能傳感器或者智能執(zhí)行器。

ZCU可以減少ECU的使用，大大降低線束成本，并減輕重量和通信接口，節(jié)省空間并實(shí)現(xiàn)更高的計(jì)算能力利用率。目前，大多數(shù)OEM已計(jì)劃在其下一代多域計(jì)算架構(gòu)中使用2至4個(gè)ZCU來(lái)集成整車大部分的ECU功能，減少ECU的數(shù)量。

部分OEM主機(jī)廠ECU集成設(shè)計(jì)思路

來(lái)源：佐思汽研《2024年智能汽車E/E架構(gòu)及對(duì)供應(yīng)鏈影響研究報(bào)告》

隨著大部分的ECU功能集成于中央處理單元HPC、區(qū)域控制器ZCU中，微控制器處理單元也迎來(lái)升級(jí)，高性能MCU（SoC）迎來(lái)大規(guī)模應(yīng)用。

除了被廣泛應(yīng)用的NXP S32G2/G3系列、瑞薩R-Car S3/S4系列、TI DRA系列、芯馳G9H等芯片外，NXP性能強(qiáng)大的5nm MCU（SoC），芯馳ZCU旗艦芯片E3650等也備受關(guān)注。

NXP全球首款5納米汽車MCU（SoC）

2024年3月底，NXP正式推出了全球首款5納米汽車MCU，不過(guò)NXP并未稱其為MCU，而是叫S32N55 Vehicle Super-Integration Processor，實(shí)際上是一顆SoC，其特點(diǎn)包括：

• 具備高效率的強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)性的運(yùn)算核心；具備高安全內(nèi)核，最高可達(dá)ASIL-D級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；具備多種網(wǎng)絡(luò)接口，包括CAN、LIN、FlexRay、車載以太網(wǎng)、CAN-FD、CAN-XL以及PCIe，CAN網(wǎng)絡(luò)接口至少有15個(gè)；

實(shí)現(xiàn)多個(gè)ECU功能集成，集成了車輛動(dòng)態(tài)控制、車身、舒適、中央網(wǎng)關(guān)。以電機(jī)控制為例，S32N55有Automotive Math and Motor Control Library (AMMCLib)算子庫(kù)，支持AUTOSAR和小型實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)如Zephyr，支持AUTOSAR MCAL實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)RTD，支持Type1型虛擬機(jī)，支持平臺(tái)內(nèi)通訊協(xié)議棧IPCF，支持Safety Software Framework (SAF) 和Structural Core Self-Test (SCST)。

芯馳科技ZCU旗艦芯片產(chǎn)品E3650

該產(chǎn)品采用了最新ARM Cortex R52+高性能鎖步多核集群，支持虛擬化，非易失存儲(chǔ)器（NVM）高達(dá)16MB，具備大容量SRAM，有豐富的可用外設(shè)資源，可以支撐更高集成度、更寬配置的整車電子電氣架構(gòu)實(shí)現(xiàn)。

E/E架構(gòu)革新方向：從分散操作系統(tǒng)，走向整車級(jí)OS，整車OS是實(shí)現(xiàn)中央計(jì)算的關(guān)鍵

整車操作系統(tǒng)即整車OS，面向中央計(jì)算平臺(tái)，基于SOA架構(gòu)，能夠?qū)④噧?nèi)各個(gè)不同域（座艙、智駕、車控等）的功能全部集成在一個(gè)平臺(tái)系統(tǒng)上，從而提供同一套編程接口的整車級(jí)平臺(tái)，是所有車輛域軟件和服務(wù)的開發(fā)運(yùn)行平臺(tái)。

零跑汽車整車OS：軟硬解耦，SOA軟件架構(gòu)，多系統(tǒng)軟件融合。

Leapmotor OS車機(jī)系統(tǒng)：基于QNX Hypervisor實(shí)現(xiàn)QNX（儀表）+Android（IVI系統(tǒng)）；

網(wǎng)關(guān)等：Linux系統(tǒng) ；

ADAS、車控、CAN總線系統(tǒng)：基于RTOS系統(tǒng)；

通信中間件：DDS分布式通信中間件+Mailbox通信總線；

SOA架構(gòu)：四葉草SOA軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)，200+接口自定義場(chǎng)景應(yīng)用開放，500+接口預(yù)留，場(chǎng)景碼可分享，釋放想象力超級(jí)無(wú)感式OTA：座艙8秒內(nèi)升級(jí)完成（7秒檢測(cè)環(huán)境，1秒切換系統(tǒng)）。

蔚來(lái)全棧自研整車OS——SkyOS

SkyOS-L：首個(gè)實(shí)現(xiàn)AutoSAR的國(guó)產(chǎn)替代并規(guī)模化商用的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。SkyOS-L系統(tǒng)相比AUTOSAR，在實(shí)時(shí)周期性信號(hào)送達(dá)率快30-40%；

SkyOS-M：是微內(nèi)核架構(gòu)，運(yùn)行在中央大腦中，主要控制車身、底盤、懸架等，內(nèi)核比傳統(tǒng)Linux更穩(wěn)定，服務(wù)隔離做的更好，同時(shí)在安全隔離的基礎(chǔ)上，還有四層監(jiān)控和三層恢復(fù)的安全機(jī)制；

SkyOS-C：基于 Android 深度定制的操作系統(tǒng)，承載了智能座艙的功能，自研TOX協(xié)議棧，數(shù)據(jù)傳輸更穩(wěn)定，還有包括NOMI在內(nèi)的AI智能體驗(yàn)；

SkyOS-R：提升系統(tǒng)的負(fù)載能力；

SOA框架，蔚來(lái)定義了高性能跨域通信協(xié)議，命名為TOX，意思是Talks Over X。其含義在于它可以適用于所有的網(wǎng)絡(luò)類型，以及所有的通訊終端；

跨域通信協(xié)議TOX，可以提供高帶寬、高容量、低延時(shí)、高可靠性的通信，比傳統(tǒng)的CAN總線可以提升30-50倍，與傳統(tǒng)的車載通信協(xié)議SOME/IP比較，端到端延時(shí)降低了40%，零丟包的閾值提升了109%。TOX傳輸?shù)目煽啃愿哂赟OME /IP；

小鵬汽車整車跨域統(tǒng)一中間件（UCM）：

整車通訊中間件，包括系統(tǒng)安全方面的中間件、數(shù)據(jù)安全方面的中間件、功能安全、整車OTA、整車SOA等。座艙應(yīng)用和自動(dòng)駕駛應(yīng)用可以無(wú)需關(guān)注硬件平臺(tái)的差異或變化，從而極大地提升了研發(fā)效率和速度。

硬件資源最優(yōu)分配，小鵬采用類似積木組合的方式，根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際需求進(jìn)行資源的排列組合，從而構(gòu)建出利用性最優(yōu)、性能最佳、體驗(yàn)上乘的產(chǎn)品。

E/E架構(gòu)革新方向：艙駕合一、艙駕+車控融合漸成主流，將構(gòu)建PCIe通信框架

準(zhǔn)中央/中央架構(gòu)下，智駕、座艙、泊車、動(dòng)力、底盤、車身、座椅等所有需要一定規(guī)模計(jì)算資源的系統(tǒng)可能都集中在一個(gè)中央計(jì)算單元內(nèi)，因此，汽車網(wǎng)絡(luò)面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)是，中央計(jì)算平臺(tái)本身的高性能計(jì)算互聯(lián)。

根據(jù)“中央計(jì)算平臺(tái)”的集中程度進(jìn)一步可細(xì)分為“多盒（Multi-Box）”、“單盒多板（One-Box）”、“單板多芯（One-Board）”和“單芯（One-SoC）”四個(gè)小階段，這一集中過(guò)程除了依賴芯片硬件層面集成設(shè)計(jì)技術(shù)的突破之外，板間互連、片間互連、片上互連等通信技術(shù)的進(jìn)步也是關(guān)鍵。

如下圖所示，4個(gè)以太網(wǎng)連接到了PCIe橋，這4個(gè)ECU的帶寬大概要50Gbps，所以需要使用橋接芯片或者交換機(jī)把以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換到PCIe。

架構(gòu)中心化推動(dòng)了數(shù)據(jù)儲(chǔ)存技術(shù)的發(fā)展從傳統(tǒng)的eMMC和UFS轉(zhuǎn)向更強(qiáng)大的PCIe 3.0和PCIe 4.0 SSD。搭配有PCIe總線的大容量SSD將會(huì)是未來(lái)Zonal架構(gòu)下車用存儲(chǔ)的主要形態(tài)。